不锈钢法兰

1、奥氏体不锈钢锻造

奥氏体不锈钢的锻造要比普通钢更困难，但很少产生表面缺陷。大部分奥氏体不锈钢在927℃以上较宽的温度范围内都可进行锻造加工。因为奥氏体不锈钢在高温区间没有相转变，锻造温度要马氏体不锈钢高，但高铬或低碳不锈钢没有上述性质，因为高铬或低碳不锈钢在高于1093℃时，根据成分的不同会产生不同含量的铁素体，铁素体对可锻性是有害的。

对于奥氏体不锈钢来说，控制终锻也同样重要。稳定型和超低碳不锈钢除外，几乎所有的奥氏体不锈钢终锻温度都应控制在敏感温度区以上，并且在871℃以下快速冷却。这是由于奥氏体不锈钢在低温时，很容易形成热裂纹和相。

对敏化处理不敏化的稳定型或超低碳钢，在低于锻造温度较多的温度下进行锻造，小的压下量有时也会产生应变硬化。应变硬化温度通常发生在538〜649℃，当硬度要求非常低时，锻造后要进行固溶退火。

硫或硒在奥氏体不锈钢中可以起到提高机械性能的作用。硒的有害的板条状组织存在的可能性较小。加钛的06Crl8NillTi(321)型钢也有偏析板条状组织，在锻造时，易导致表面开裂，加钴稳定的347钢，不易产生板条偏析，是一种适用于锻造的稳定钢种。

在加热奥氏体钢时，炉中的气氛应是微氧化性；脱碳性气氛和过氧化性气氛，都会产生有害的夹杂或贫铬现象，从而降低钢的抗腐蚀能力。贫铬现象在16Cr23Nil3(309)和20Cr25Ni20(310)型钢中尤为严重。

(1)锻造工艺特点

下面介绍常用不锈钢的类型和锻造工艺特点。

18-8型奥氏体不锈钢常被用来制作610℃以下长期工作的锅炉和汽轮机零件，以及化工生产中的多种零件，其锻造工艺特点是：

①18-8型奥氏体不锈钢在煤炉内加热时表面易渗碳，所以加热时应避免与含碳的物质接触，并采用氧化性的介质加热，以减少钢的渗碳现象，防止晶间腐蚀。

②奥氏体钢在低温时导热性差应缓慢加热，始锻温度不宜过高，过高有形成S-相的倾向，同时晶粒亦急剧长大，一般选取1150〜1180℃。

③坯料的表面缺陷在锻造加热前必须清除，以防止锻造时继续扩大，造成不锈钢锻件报废。

④终锻温度不能太低，同时在700〜900℃缓冷会析出，继续锻打将会产生裂纹。

⑤锻后采用空冷，而且还必须进行固溶处理。

(2)锻造温度范围

奥氏体不锈钢的始锻温度：一般不超过1200℃；终锻温度：一般取825〜850℃。终锻温度主要受碳化物析出敏感温度（480〜820℃)的限制，一旦若终锻温度处于此温度范围内，就会由于碳化物析出，而增加了变形抗力，降低了塑性，从而导致锻造开裂。

2、铁素体不锈钢锻造

纯铬铁素体不锈钢在淬火后，其硬度并没有明显的增加。在锻造过程中，会产生加工硬化现象，温度和形变量的不同，其加工硬化的程度也不同。该钢种锻造后对冷却温度的要求不严格。

铁素体不锈钢的可锻温度范围很大，但在较高温度下由于晶粒长大和组织脆弱，其范围受到一定程度的限制。对于06O13A1(405)型钢必须严格控制终锻温度。在06Crl3AK405)钢中少量奥氏体存在导致晶粒边界脆弱，应特别注意。一般的铁素体钢都要在低于704℃的温度进行锻造。对于16Cr25N(446)型钢，当总压下量为10%时温度必须低于871℃，这样才能使晶粒细化，使钢在室温下具有韧性。铁素体不锈钢在锻造后最好进行退火。

铁素体不锈钢的锻造性能较好。与奥氏体不锈钢相比，铁素体钢的再结晶速度较高、再结晶温度较低，因此在塑性变形过程中晶粒长大的倾向较大；锻造的上限温度应严格限制，一般铁素体不锈钢的始锻温度为1040〜1120℃。为了获得细晶粒组织和防止脆性，应恰当地控制变形量和终锻温度，细化晶粒所必需的最小变形量随温度而定，700℃时约为5%，800〜900℃时约为10%〜15%，最后一次锻打的压缩量不应低于12%〜20%，而终锻温度不高于800℃。为了避免因温度过低而产生冷作硬化，终锻温度不应低于705℃。某厂制定的锻造工艺的终锻温度为705〜790℃。

由于铁素体不锈钢导热性差，当表面缺陷用砂轮清理时，局部过热可以引起裂纹，需要用风铲清理或剥皮的方法去除表面缺陷。

铁素体不锈钢在一定温度范围内加热和冷却时不会发生相变，因此不能通过热处理来强化。其热处理的目的，一是为了消除冷变形加工和焊接时所产生的内应力，改善加工性能；其次是通过热处理消除铸件在凝固时所产生的偏析，获得单一的、均匀化的铁素体组织，以及消除在焊接过程中所形成的相变产物和475℃脆性。

(1)锻造工艺特点

①铁素体不锈钢的再结晶温度较低而速度较快，因此在塑性变形过程中晶粒长大的倾向较大。铁素体不锈钢在950X：以上晶粒长大较快。

②铁素体不锈钢锻造性能受晶粒长大和组织弱化的限制。例如，对于美国405钢（类似06Crl3Al)，少量奥氏体的出现会导致晶界的弱化，因此终锻温度要严格控制。

③为了得到细晶粒组织，最后一次锻打的压缩量不应低于12%〜20%，终锻温度不高于800℃。为了避免因温度过低产生冷作硬化，终锻温度不应低于705℃。

(2)锻造温度范围

①铁素体不锈钢的始锻温度不宜过高，均应低于1200℃，特别是毛坯最后一火的加热最好不超过1120℃；

②铁素体不锈钢的终锻温度在生产上常定为720〜800℃，并不允许高于800℃；

③铁素体的晶粒长大倾向比奥氏体更大。

3、马氏体不锈钢锻造

马氏体不锈钢具有较高的淬透性，即可空冷硬化。因此，冷锻马氏体钢尤其是那些高碳钢时，必须采取保护措施，防止开裂现象的发生。通常应将马氏体钢用绝热材料覆盖，或者在炉内均匀降温，使之缓慢冷却到593℃。如果像冷却锻模那样直接用水喷射冷却锻件，就会引起锻裂现象。

一般情况下，马氏体不锈钢锻件在锻造后都要进行回火，以降低钢的硬度使其能够进行机械加工。机加工以后再洋火硬化，然后回火。

马氏体不锈钢的最高锻造温度要选在低于产生的温度，否则很容易产生裂纹。通常在1093〜1260℃的温度形成。在锻造过程中要特别注意不要超过这个温度，并且要避免使金属快速移动而出现局部过热现象。再则表面脱碳会促使铁素体的形成，所以也要加以限制。

随着铬含量的增加，铁素体的形成温度会降低，而少量的铁素体就会明显地降低其可锻性。当铁素体增加到15%以上，可锻性又会逐渐增高，到结构完全变成铁素体为止。终锻温度要受同素异晶转变的限制（异晶转变在816℃左右开始），而这种钢通常在927℃停锻，因为温度太低其成型就会困难。

在Y12Crl3(416)型钢中加人硫或砸，可以提高其机械加工性能，但这些元素又能引起锻造问题，特别是当它们形成表面板状组织时，就很容易产生裂纹。不过可以通过调整锻造温度和工艺方法加以消除。如果加硫，就不可能消除这类开裂，从这个角度来说，加硒比较好。

马氏体不锈钢在锻造加热时要避免S-铁素体的形成，因为铁素体的出现，会使锻件形成裂纹。要避免不锈钢锻件加热过快导致过热。锻件在加热过程中的脱碳主要是促使铁素体形成，因此要将锻件表面脱碳减少到最小程度。马氏体不锈钢最后一火的变形量无特殊要求。这类钢在锻造后容易产生开裂现象，其原因是锻造后空冷时出现马氏体和碳化物组织，内应力较大，因此锻后冷却时，必须缓慢进行，一般在200℃的砂坑或炉渣中缓冷，取出砂坑后必须及时进行等温退火，防止发生开裂。

马氏体不锈钢，特别是Crl3型马氏体不锈钢的价格低，故在腐蚀性较弱的介质中（如水蒸气）且又要求高的力学性能的条件下得到广泛的应用。12Crl3钢为半马氏体不锈钢，钢中除马氏体组织外，还有铁素体组织。

(1)锻造工艺特点

①马氏体类（20Crl3、40Crl3、14Crl7N12等）不锈钢在加热、冷却过程中，其组织发生同素异构转变。对于这一类钢，最后—火的变形量无特殊要求。

②马氏体不锈钢锻造加热时要避免8-铁素体的形成，因为铁素体的出现会使锻件形成裂纹，要避免金属加热速度过快导致过热。锻件的表面脱碳会使铁素体形成过多，因此要将表面脱碳减小到最小程度。

③马氏体不锈钢在锻造后容易产生开裂，这是因为锻造后空冷时会出现马氏体和碳化物组织，产生的内应力较大，所以锻后要缓慢冷却，一般在200℃左右的砂坑或炉渣中缓冷，从砂坑取出后要及时进行退火，防止发生断裂。

各种不锈钢的锻造温度，见表。

不锈钢的锻造温度

(2)锻造温度范围

马氏体不锈钢的始锻温度，受高温铁素体形成温度和铁素体态的影响，如铁素体为带状时，则容易产生裂纹，如铁素体为细小球状时，塑性明显提高（见表)。

马氏体不锈钢的始锻温度，一般为1150℃终锻温度随含碳量不同而不同，含碳量髙时一般取925℃,含碳量低时一般取850℃均应高于钢的同素异构转变温度。

4、沉淀硬化不锈钢

(1)锻造工艺特点

半奥氏体沉淀硬比不锈钢和马氏体沉淀硬化不锈钢都能通过马氏体转变与沉淀相结合的热处理方法得到高硬度。这些钢最难锻造，如果不严格遵守温度制度就会锻裂。它们的锻造温度范围很窄，如果锻造温度低于982℃，就必须二次加热。在晶粒长大和铁素体生成时，这些钢在任何一组锻造温度下，塑性很差（刚性较好），因此，如果要使得与其他类型不锈钢有同样塑性变形，锻造时就需要用较重的锻锤和较多的冲击次数。

在修整期间，锻件必须保持足够高的温度，以防切边裂纹产生。为了避免这些裂纹的产生，常在终锻和修整操作之间对锻件进行轻度的二次加热。另外，必须控制锻件的冷却，特别是马氏体系列的不锈钢，以防其开裂。

下例给出了一个锻造细长锻件的典型工艺，材料为17-4PH。

用396.6mm的短棒毛坯，锻造长1168.4mm的细长锻件。需要经过6步操作工艺、两个蒸汽锤的锻造。第一步骤将其拉伸为65.5mm方坯；第二步骤再将其锻造为50.8mm方坯；第三步骤将其锻制为终锻模的宽度；第四步骤将其旋转90°并切头；第五步骤预锻；第六步骤完成锻造。

由于这一类型的钢要在很窄的温度范围内进行锻造，因此在终 锻以前需要进行二次加热。加热温度117℃，加热时间：第一次lh，第二次1.5h。加热气氛为微氧化气氛，润滑剂采用石墨油。

(2)锻造温度范围

马氏体沉淀硬化不锈钢的始锻温度通常取1180℃，半奥氏体沉淀硬化不锈钢的始锻温度，一般取1150℃。

因为沉淀硬化不锈钢的塑性较差，终锻温度不宜过低，否则会产生锻造裂纹。终锻温度应不低于950℃，低于950℃时，应回炉重新加热。

几种不锈钢温度对其强度的影响，如表所示。